《电子技术》(吕国泰版) 第5章 直流电源ppt课件

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1、1 第五章直流电源 电子技术 第四节集成稳压电源 第三节稳压电路 第二节滤波电路 第一节整流电路 第五章直流电源 3 在电子线路和自动控制装置中需要电压非常稳定的直流电源 第一节整流电路 1 将市电220V转变为直流电 2 当电网电压变化或负载变化时 保证输出直流电压稳定 功能 4 第一节整流电路 半导体直流电源原理方框图 交流220V50Hz 交流电压 脉动直流电压 有波纹的脉动直流电压 直流电压 5 电源变压器 将电网220V或380V的工频交流电压变换为符合整流需要的电压值 第一节整流电路 整流电路 利用二极管的单向导电性将交流电压变成脉动的直流电压 滤波电路 利用电容 电感等电路元件的

2、储能特性 将脉动直流电压变成较恒定的直流电压 稳压电路 当电网电压波动或负载变化时 稳压电路自动维持直流输出电压稳定 各环节作用 第一节整流电路 一 单相桥式整流电路 二 三相桥式整流电路 7 第一节整流电路 8 一 单相桥式整流电路 第一节整流电路 一 电路组成 9 第一节整流电路 10 二 工作原理 1 u2正半周时 D1 D3导通 D2 D4截止 RL上得到一个半波电压 D2 D4承受反向电压 2 在u2的负半周 D2 D4导通 D1 D3截止 RL上也得到一个半波电压 D1 D3承受反向电压 结论 通过RL的电流 电压方向不变 在负载上得到了大小变化而方向不变的脉动直流电流和电压 第一

3、节整流电路 11 第一节整流电路 D1D2通 D3D4通 12 三 定量分析 1 脉动直流电压的平均值 2 负载电流的平均值 0 9U2 第一节整流电路 I2 1 1 1 3 IO 3 变压器副边电流有效值 13 四 二极管的选择 1 流过二极管平均电流 是负载RL上电流Io的一半 2 二极管截止时承受的最高反压 就是变压器副边交流电压u2的最大值U2m 第一节整流电路 设二极管为理想化 D1 D3导通时 视为短路则截止管D3 D4与RL U2并联关系 D3和D4分别承受反压为U2的振幅值 14 例7 1 1 有一额定电压为110V 阻值为80 的直流负载 如采用单相桥式整流电源供电 交流电压

4、为220V 1 如何选用整流二极管 2 求整流变压器的变压比及容量 第一节整流电路 解 1 变压器副边电压的有效值为UO 0 9U2 流过每个二极管的平均电流为 每个二极管承受的最大反向电压 查表可知 选用4个整流二极管2CZ11C 其最大整流电流为1A 反向工作峰值电压为300V 15 第一节整流电路 2 考虑变压器副绕组及管子上的压降 变压器的副边电压大约应高于上面计算值的10 即 变压器的变压比 每变压器电流的有效值为 变压器的容量为 16 二 三相桥式整流电路 第一节整流电路 一 电路组成 共阳极组 共阴极组 三相变压器 三相变压器 原绕组接成三角形 副绕组接成星形 17 第一节整流电

5、路 三相电源的三角形联结 三相负载的星形联结 复习 18 第一节整流电路 复习 相量图 波形图 相量表示 三相电动势瞬时表示式 三相电路 19 二 工作原理 第一节整流电路 在t1 t2期间共阴极组中 a点电位最高 D1导通 共阳极组中 b点电位最低 D4导通 负载两端的电压为线电压uab 负载电压 变压器副边电压 20 结论 在一个周期中 每个二极管只有三分之一的时间导通 导通角为120 变压器副边电压 负载电压 第一节整流电路 21 因D1 D3 D5三个二极管的阴极接在一起 其阴极电位相同 所以阳极电位最高者导通 D2 D4 D6三个二极管的阳极接在一起 其阳极电位相同 所以阴极电位最低

6、者导通 第一节整流电路 负载电压 22 第一节整流电路 在t1 t2期间 a点电位最高 D1导通 D3 D5承受反向电压而截止 b点电位最低 D4导通 并使D2 D6承受反向电压而截止 在t2 t3期间 a点电位最高 c点电位最低 D1 D6导通 其余四个二极管都截止 结论 每组二极管每隔5 6周期轮流导通 而每个二极管导通1 3周期 任何时刻负载上的电压均为变压器副边的线电压 其大小等于变压器副边三相相电压的上下包络线间的垂直距离所对应的电压值 23 第一节整流电路 负载上的电压 脉动电压 平均值 三 定量关系 负载中的电流平均值 每个二极管流过的平均电流 每个二极管承受的最高反向电压 变压

7、器副边电压的幅值 第二节滤波电路 25 1 滤波电路的功能 减小整流电压的脉动程度 交流电压 脉动直流电压 有波纹的直流电压 第二节滤波电路 2 常用滤波元件 电容 电感 3 分类 电容滤波 电感滤波 复式滤波 有 型滤波 型滤波 RC滤波 26 滤波电路的分类 电容滤波 电感滤波 第二节滤波电路 27 第二节滤波电路 一 电路组成 一 单相桥式整流电容滤波电路 与负载并联一个电容量较大的电容器C 利用C的充放电作用 二极管导通时C充电 二极管截止时C对负载RL放电 使负载电压和电流趋于平滑 二 滤波原理 28 关键看D两端电位大小 时间域分析法 D1左端为u2 右端为uC uO 当u2 uC

8、时 D1导通 u2给C充电 uC uO 当u2 uC时 D1截止 C向RL放电 uC uO 交流u2一个周期内充放电2次 第二节滤波电路 29 第二节滤波电路 D1 D3导通 D2 D4导通 时间域分析法 u2 uC uO 关键看D两端电位大小 UO 1 2U2 30 第二节滤波电路 未整流的正弦波形 未加滤波电容前的波形 加滤波电容后的波形 短时间内为C充电 流过二极管的瞬时电流很大 31 三 电容滤波整流电路的特点 1 二极管导电角 只有 u2 uC时 才有一对二极管导通 所以通过二极管的电流iD是周期性的脉冲电流 通常C愈大 冲击电流也愈大 选择二极管时 其整流电流值应选得大一些 以保证

9、安全 2 负载上直流电压平均值及其平滑程度与放电时间常数 有关 愈大放电愈慢 输出电压平均值愈大波形愈平滑 第二节滤波电路 适用于要求输出电压较高 负载电流较小且负载基本不变的场合 32 二 复合式滤波电路 第二节滤波电路 为减小输出电压的脉动程度 用电容和电阻组成复合式滤波电路 工作原理 C1 C2对高频分量有分流作用 频率愈高 RL XC2的阻抗值越小 输出电压的高频分量大部分降在R上 使负载电压中的高频分量减小 波形平滑 形RC复式滤波电路 R RL XC2 33 第二节滤波电路 电感的直流电阻小而交流感抗大 其滤波效果好于RC 型滤波电路 但电感线圈体积大 成本高 只适用于负载电流大

10、对滤波要求较高的场合 R太大直流压降增大 只适用于负载电流较小的场合 可用电感线圈L代替R 形LC复式滤波电路 34 第二节滤波电路 例7 2 1 有一直流负载 要求UO 24V IO 300mA的直流电源 拟采用桥式整流电容滤波电路 试选择各元件 解 1 选择整流二极管 桥式整流电容滤波电路UO 1 2U2 所以变压器副边电压有效值是 整流二极管承受的最高反向电压 通过二极管的平均电流 查表 可选2CP21整流二极管 35 第二节滤波电路 2 选择滤波电容 根据 RLC 取RLC 4 T 2 2T 工频交流电T 0 02s 又因 所以 RLC 2T 0 04s 可求得 选用500 F 50V

11、的电解电容器 36 第二节滤波电路 3 选择整流变压器 已算得U2 20V 若考虑二极管正向压降及导线电阻压降 所需U2还应高一些 可利用变压器抽头进行调整 变压器副边电流有效值 变压器副边通过脉冲电流为非正弦 其有效值大于负载平均电流值IO 一般取I2 1 1 1 3 IO 现取 I2 2IO 2 300mA 600mA 37 EDA实验 链接EDA14 实验目的 了解全波整流和电容滤波 实验步骤 1 断开开关 用双踪示波器观察输出电压波形 2 闭合开关 观察输出电压波形 实验十四 整流滤波电路 建立电路 1 建立桥式整流电路 2 加电容滤波由开关控制 38 整流滤波电路 EDA实验 39

12、EDA实验 结论 利用二极管实现了全波整流 利用电容实现了滤波功能 实验数据 桥式整流 电容滤波 输入波形 输出波形 输入波形 输出波形 第三节稳压电路 一 稳压管稳压电路 二 串联型稳压电路 41 3 稳压电路种类 1 直流输出电压不稳定因素 1 交流电网电压波动 2 负载电流变化 3 温度变化 概述 第三节稳压电路 2 稳压电路的作用 当交流电源电压波动 负载或温度变化时 维持输出电压稳定 42 第三节稳压电路 一 稳压管稳压电路 一 组成 整流滤波电路的直流输出电压是稳压电路的输入电压UI 43 第三节稳压电路 稳压二极管 稳压作用反向击穿区域 i大变化 u基本不变 44 第三节稳压电路

13、 二 工作原理 当电网电压波动引起UI升高时 RL不变 当负载变化引起IO变化时 UI不变 UO基本不变 UO基本不变 45 第三节稳压电路 可见 在稳压电路中 起自动调节作用的主要是稳压管DZ 当输出电压UO有较小变化时 将引起稳压管电流IZ较大的变化 通过R起到补偿作用 从而保持输出电压UO基本不变 优点 元件少 电路简单 缺点 受稳压管最大稳定电流的限制 负载取用电流不能太大 输出电压不可调节 并且电压的稳定度也不够高 适用于负载电流较小 稳定度要求不高的场合 46 一 电路组成 第三节稳压电路 二 串联型稳压电路 以集成运放为放大环节的串联型稳压电路 组成框图 串联型稳压电路 调整管的

14、c e与RL串联 47 第三节稳压电路 取样电路 R1和R2 把UO的变化量取样UF 基准电路 R3 DZ 获得稳定的基准电压UZ 输入电压 UI整流 滤波环节后的输出电压 输出电压 UO为稳压后的直流电压 组成框图 48 第三节稳压电路 二 工作原理 当UO变化时 取样电路把UO的变化取样加到运放的反相输入端 由于同相输入端接稳定的基准电压UZ 故运放输出端电压的变化只反映取样电压UF的变化 输出电压加到调整管T的基极 使T的管压降变化 以补偿UO的变化 维持UO基本不变 49 第三节稳压电路 可调节电位器R1 改变输出电压 当R1滑动端向上移动时 UO减小 反之 UO增加 由于运放调节方便

15、 电压放大倍数很高 输出阻抗较低 因而可获得极优良的稳压特性 50 第三节稳压电路 三 用途可获得稳定性高的且可调节的输出电压 输出较大的电流 应用很广泛 电压挡位 电源控制 电源输出 WYJ 201晶体管稳压电源 双输出 3 30V 电压显示 电表选择 电流显示 电压微调 第四节集成稳压电路 52 第四节集成稳压电路 也称集成稳压器 即把稳压电路中的大部分元件或全部元件制作在一片硅片上成为集成稳压块 一块就是一个完整的稳压电路 大多数集成稳压电路均采用串联型稳压电路 特点 体积小 重量轻 可靠性高 使用灵活 价格低廉 一 组成 53 第四节集成稳压电路 启动电路 为保证各环节在开机时能正常工

16、作的电路 保护电路 为在过载时 如输出电流过大 工作电压过高 免于损坏的电路 集成稳压电路框图 54 第四节集成稳压电路 二 分类 55 第四节集成稳压电路 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形 塑料封装 一 外形 结构和符号 三 应用举例 56 第四节集成稳压电路 外形和符号 57 第四节集成稳压电路 接线图 三端集成稳压器 具有UI UO和公共端三个引出端 58 第四节集成稳压电路 引出端的排列方式 W7800和W7900系列引出端排列方式表 59 第四节集成稳压电路 使用时 只需分别在其输入端 输出端与公共端之间各并联一个电容即可 抵消输入端接线较长时的电感效应 防止自激振荡 改善波形 为了瞬时增减负载电流时 不致引起输出电压较大的波动 改善负载的瞬态响应 60 第四节集成稳压电路 二 性能参数 三端集成稳压器性能参数表 61 第四节集成稳压电路 三 应用电路 1 提高输出电压的电路 可使输出电压高于稳压器输出电压 a 基本电路 UO U UZ 62 第四节集成稳压电路 b 含有放大环节的电路 电压跟随器 升压调压取样电路 调节电位器R2可使输出电压改变 但R值不可